CN110530950A - 基于激子等离子体相互作用高效检测psa的纸基传感器的构建 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于激子等离子体相互作用高效检测PSA的纸基传感器的构建。本方法通过在微流控芯片原位生长导电聚合物形成柔性导电纸工作电极，随后将黑磷量子点固定在纸工作电极上，捕获DNA和金纳米标记的PSA适配体依次被修饰在工作电极上。在光照下，金纳米粒子被激发产生的等离子体与黑磷量子点被激发产生的激子的相互作用导致信号的衰减。当目标物PSA抗原加入时，由于PSA抗原与PSA适配体链的特异性结合使金纳米粒子脱离纸工作电极，从而实现信号的恢复，通过信号恢复的程度实现对PSA抗原的高效灵敏检测。本方法具有更少的生物标记过程，操作简单，灵敏度高，可以降低周围环境对传感表面的干扰，也为其他疾病相关生物标记物的小型化检测提供一个方式。

Description

基于激子等离子体相互作用高效检测PSA的纸基传感器的 构建
技术领域
本发明涉及纳米材料光致电技术，PSA抗原检测技术及纸芯片技术领域，更具体的说是基于激子等离子体相互作用高效检测PSA的纸基传感器的构建。
背景技术
激子等离子体相互作用是存在贵金属纳米粒子和纳米半导体之间的一种特殊现象。当贵金属纳米粒子的吸收光谱和半导体材料的吸收光谱大幅度重叠时，在光照下，纳米材料的激子和贵金属纳米粒子的等离子体同时被激发。在这个系统中，纳米材料作为光电流发生器，贵金属纳米粒子作为光电流猝灭剂。此外，它可以通过调节纳米材料和贵金属之间的距离的方式降低环境对传感系统的干扰。
黑磷量子点作为一种直接带隙半导体，光生电子更易跃迁，具有更优异的光电性能。此外，它还具有高载流子迁移率、宽光谱吸收、大的表面体积比和优异的理化性质可调性等优点，且已经被应用于光子学、光催化、光热疗和能量器件等领域。黑磷量子点能吸收紫外到近红外区域的光，发射光谱以510 nm波长为中心。其吸收光谱和发射光谱都与金纳米粒子的吸收光谱大幅度重叠，有利于激子等离子体相互作用体系的应用。
近年来，色谱纸由于其成本低廉、可折叠和便于携带等优点受到广泛关注。其独特的纤维结构及其裸纤维的亲水性为纳米材料的生长提供一个有利的微环境，同时纸的特殊多孔结构也使它具有大的比表面积，在功能化处理之后具有较高的信号输出。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了基于激子等离子体相互作用高效检测PSA的纸基传感器的构建。本发明通过以下措施实现：
（1）在计算机上用Adobe illustrator CS4设计微流控纸芯片的图案，将设计好的打印图案通过蜡打印机打印在A4色谱纸上，然后将打印过的色谱纸放在烘箱中，在100 ℃加热60秒形成疏水区域和亲水的工作区域；
（2）用丝网印刷技术在步骤（1）中获得的纸芯片上印刷三电极体系（碳工作电极、碳对电极和Ag/AgCl参比电极）；
（3）利用化学原位合成法在碳工作电极的工作区域生长聚吡咯导电聚合物，其具体步骤为：首先，20 μL - 30 μL吡咯转移到步骤（2）设计的工作电极的工作区域，室温下放置10min，然后将20 μL混合水溶液（0.0016 g - 0.0020 g氯化铁和0.3 M盐酸）滴加到工作电极表面并于4 ℃下放置2 h，紧接着工作区域依次用50 μL 0.3 M的盐酸溶液，0.1 M的氯化钠溶液和去离子水清洗，最后在室温下干燥；
（4）利用旋涂法将氨基修饰的黑磷量子点固定在步骤（3）中的工作区域，其具体步骤为：100 μL氨基修饰的黑磷量子点通过台式匀胶机旋涂到纸芯片的工作区域，旋涂速度为3000 r/min，旋涂时间为260 s，室温干燥后将20 μL 戊二醛溶液加入到工作区域活化氨基；
（5）将20 μL 1 μM capture DNA链固定在步骤（4）中的工作区域，随后利用牛血清蛋白封闭未被固定的活性位点，然后取20 μL金纳米标记的PSA适配体链修饰在电极上与捕获DNA杂交；
（6）将20 μL不同浓度的PSA抗原目标物加入到步骤（5）中的工作区域在室温下放置100min，用pH 7.4的PBS清洗后，在室温下干燥；
（7）在步骤（6）中获得电极的工作区域，滴加20 μL含有0.01 M 抗坏血酸的pH 7.4的PBS，利用三电极系统，在氙灯辅助下通过时间-电流曲线进行光电化学信号检测。
本发明所述的氨基修饰的黑磷量子点制备过程是：
a．黑磷量子点合成：黑磷量子点通过机械剥离法制备，其步骤为，20-21 mg块状的黑磷片添加到20 mL饱和的氢氧化钠/N-甲基吡咯烷酮溶液中，在0 ℃下利用细胞粉碎仪对上述溶液进行超声处理，超声功率为200 W，总的超声时间为6 h，超声探头工作5 s，间隔 5 s,然后将分散液在10000 rpm 离心20 min以除去未被剥落的块状黑磷；
b．对黑磷量子点进行氨基修饰：取1 mL上述制备的黑磷量子点溶液添加到5 mL氨基聚乙二醇的乙醇溶液中，将上述溶液超声30 min，然后室温下搅拌5 h，在10000 rpm离心10min后重新分散在乙醇溶液中备用。
本发明所述的金纳米标记的PSA适配体链制备过程是：
a．金纳米粒子合成：首先取90 mL去离子水置于三口烧瓶中并加热到90 ℃，然后加入0.5 - 0.8 mL质量分数为1 %的氯金酸溶液，继续加热至96 ℃，待反应进行1 min后，加入2.5 mL质量分数为1 %的柠檬酸钠，搅拌下反应15 min，得到金纳米粒子溶液；
b．金纳米标记的PSA适配体链：取50 - 70 μL 200 nM PSA 适配体链加入到950 μL -1000 μL上述制备的金纳米粒子溶液中，室温下搅拌12 h，然后在10000 rpm 离心20 min除去多余的金纳米粒子。
本发明的有益效果：
（1）该方法以色谱纸为基底，具有成本低廉和便于携带的优点。
（2）该方法具有更少的生物标记过程，操作简单，过程易控制。
（3）该方法可以有效地降低周围环境对传感器表面的影响。
（4）该方法展示一种取决于纳米粒子间距离的分析传感机制，为其他疾病相关生物标记物的小型化检测提供一个方式。
具体实施方式
为了进一步说明基于激子等离子体相互作用高效检测PSA的纸基传感器的构建过程，本实施例按照本发明技术方案进行实施，给出具体的实施方式，但本发明不仅限于下面的实施例。
实施例1 基于激子等离子体相互作用高效检测PSA
（1）在计算机上用Adobe illustrator CS4设计微流控纸芯片的图案，将设计好的打印图案通过蜡打印机打印在A4色谱纸上，然后将打印过的色谱纸放在烘箱中，在100 ℃加热60秒形成疏水区域和亲水的工作区域；
（2）用丝网印刷技术在步骤（1）中获得的纸芯片上印刷三电极体系（碳工作电极、碳对电极和Ag/AgCl参比电极）；
（3）利用化学原位合成法在碳工作电极的工作区域生长聚吡咯导电聚合物，其具体步骤为：首先，20 μL吡咯转移到步骤（2）设计的工作电极的工作区域，室温下放置10 min，然后将20 μL混合水溶液（0.0020 g氯化铁和0.3 M盐酸）滴加到工作电极表面并于4 ℃下放置2 h，紧接着工作区域依次用50 μL 0.3 M的盐酸溶液，0.1 M的氯化钠溶液和去离子水清洗，最后在室温下干燥；
（4）利用旋涂法将氨基修饰的黑磷量子点固定在步骤（3）中的工作区域，其具体步骤为：20 mg块状的黑磷片添加到20 mL饱和的氢氧化钠/N-甲基吡咯烷酮溶液中，在0 ℃下利用细胞粉碎仪对上述溶液进行超声处理，超声功率为200 W，总的超声时间为6 h，超声探头工作5 s，间隔5 s, 然后将分散液在10000 rpm离心20 min以除去未被剥落的块状黑磷；取1 mL上述制备的黑磷量子点溶液添加到5 mL氨基聚乙二醇的乙醇溶液中，将上述溶液超声30 min，然后室温下搅拌5 h，在10000 rpm 离心10 min后重新分散在乙醇溶液中；取100 μL氨基修饰的黑磷量子点通过台式匀胶机旋涂到纸芯片的工作区域，旋涂速度为3000 r/min，旋涂时间为260 s，室温干燥后将20 μL 戊二醛溶液加入到工作区域活化氨基；
（5）将20 μL 1 μM的capture DNA链固定在步骤（4）中的工作区域，随后利用牛血清蛋白封闭未被固定的活性位点；然后制备金纳米颗粒，首先取90 mL去离子水置于三口烧瓶中并加热到90 ℃，然后加入0.8 mL质量分数为1 %的氯金酸溶液，继续加热至96 ℃，待反应进行1 min后，加入2.5 mL质量分数为1 %的柠檬酸钠，搅拌下反应15 min；将50 μL 200 nMPSA适配体链加入到950 μL上述制备的金纳米粒子溶液中，室温下搅拌12 h，然后在10000rpm离心20 min除去多余的金纳米粒子；取20 μL金纳米标记的PSA适配体链修饰在电极上与捕获DNA杂交；
（6）将20 μL不同浓度的PSA抗原目标物加入到步骤（5）中的工作区域在室温下放置100min，然后用pH 7.4的PBS清洗，在室温下干燥；
（7）在步骤（6）中获得电极的工作区域，滴加20 μL含有0.01 M 抗坏血酸的pH 7.4的PBS，利用三电极系统，在氙灯辅助下通过时间-电流曲线进行光电化学信号检测。
序列表
<110> 济南大学
<120> 基于激子等离子体相互作用高效检测PSA的纸基传感器的构建
<130> 2019
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 25
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<221> misc_feature
<222> (1)..(1)
<223> n is a, c, g, or t
<400> 1
nhtttttttt tgctatttga tggcg 25
<210> 2
<211> 28
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
shttaattaa agctcgccat caaatagc 28

Claims (3)

1.基于激子等离子体相互作用高效检测PSA的纸基传感器的构建，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）在计算机上用Adobe illustrator CS4设计微流控纸芯片的图案，将设计好的打印图案通过蜡打印机打印在A4色谱纸上，然后将打印过的色谱纸放在烘箱中，在100 ℃加热60秒形成疏水区域和亲水的工作区域；
（2）用丝网印刷技术在步骤（1）中获得的纸芯片上印刷三电极体系（碳工作电极、碳对电极和Ag/AgCl参比电极）；
（3）利用化学原位合成法在碳工作电极的工作区域生长聚吡咯导电聚合物，其具体步骤为：首先，20 μL - 30 μL吡咯转移到步骤（2）设计的工作电极的工作区域，室温下放置10min，然后将20 μL混合水溶液（0.0016 g - 0.0020 g氯化铁和0.3 M盐酸）滴加到工作电极表面并于4 ℃下放置2 h，紧接着工作区域依次用50 μL 0.3 M的盐酸溶液，0.1 M的氯化钠溶液和去离子水清洗，最后在室温下干燥；
（4）利用旋涂法将氨基修饰的黑磷量子点固定在步骤（3）中的工作区域，其具体步骤为：100 μL氨基修饰的黑磷量子点通过台式匀胶机旋涂到纸芯片的工作区域，旋涂速度为4000 r/min，旋涂时间为260 s，室温干燥后将20 μL 戊二醛溶液加入到工作区域活化氨基；
（5）将20 μL 1 μM的capture DNA链固定在步骤（4）中的工作区域，随后利用牛血清蛋白封闭未被固定的活性位点，最后将金纳米标记的PSA适配体链修饰在电极上与捕获DNA杂交；
（6）将20 μL不同浓度的PSA抗原目标物加入到步骤（5）中的工作区域，获得的电极在室温下放置100 min，用pH 7.4的PBS清洗后，在室温下干燥；
（7）在步骤（6）中获得电极的工作区域，滴加20 μL含有0.01 M 抗坏血酸的pH 7.4的PBS，利用三电极系统，在氙灯辅助下通过时间-电流曲线进行光电化学信号检测。
2.根据权利要求1所述基于激子等离子体相互作用高效检测PSA的纸基传感器的构建，其特征是氨基修饰的黑磷量子点制备过程是：
a．黑磷量子点合成：黑磷量子点通过机械剥离法制备，其步骤为，20-21 mg块状的黑磷片添加到20 mL饱和的氢氧化钠/N-甲基吡咯烷酮溶液中，在0 ℃下利用细胞粉碎仪对上述溶液进行超声处理，超声功率为200 W，总的超声时间为6 h，超声探头工作5 s，间隔5 s,然后将分散液在10000 rpm离心20 min以除去未被剥落的块状黑磷；
b．对黑磷量子点进行氨基修饰：取1 mL上述制备的黑磷量子点溶液添加到5 mL氨基聚乙二醇的乙醇溶液中，将上述溶液超声30 min，然后室温下搅拌5 h，在10000 rpm 离心10min后重新分散在乙醇溶液中备用。
3.根据权利要求1所述基于激子等离子体相互作用高效检测PSA的分纸基传感器的构建，其特征是金纳米标记的PSA适配体链制备过程是：
a．金纳米粒子合成：首先取90 mL去离子水置于三口烧瓶中并加热到90 ℃，然后加入0.5 - 0.8 mL质量分数为1 %的氯金酸溶液，继续加热至96 ℃，待反应进行1 min后，加入2.5 mL 质量分数为1 %的柠檬酸钠，搅拌下反应15 min，得到金纳米粒子溶液；
b．金纳米标记的PSA适配体链：取50 - 70 μL 200 nM PSA 适配体链加入到950 μL -1000 μL上述制备的金纳米粒子溶液中，室温下搅拌12 h，然后在10000 rpm 离心20 min除去多余的金纳米粒子。
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